Блуждающий ток. Защита от него

Окружающий нас мир насыщен электрифицированными объектами. Это трансформаторные и распределительные подстанции, воздушные и кабельные линии электропередач. Добавим в этот список транспорт, приводимый в движение электричеством. Эти объекты объединяет свойство: они расположены на поверхности земли. За счет этого между ними возникает связь.

Поверхность земли – проводник электрического тока. Не случайно ее используют как среду для устройства контуров заземления энергообъектов. Но электропроводящие свойства земли приводят и к появлению блуждающих токов – явлению, оказывающему вредное воздействие на коммуникации, расположенные в ней.

Как возникают блуждающие токи

Рассмотрим механизм появления блуждающих токов. Для их появления нужна разность потенциалов между двумя точками на земной поверхности. В системах с изолированной нейтралью основными источниками разности потенциалов являются контура заземляющих устройств. В системах заземления TN-C они соединены между собой нулевым проводником (PEN), по которому протекает рабочий ток нагрузки потребителей. Поскольку проводник этот имеет собственное сопротивление, прохождение тока приводит к падению напряжения на нем.

Начинается PEN-проводник на трансформаторной подстанции, там он соединен с ее контуром заземления. При вводе в здание он присоединяется к шине, которая соединяется с заземляющим устройством этого здания. Разность потенциалов на концах проводника (жилы в кабеле или провода воздушной линии) передается на заземляющие устройства, расположенные в земле. В итоге между ними возникает ток.

Конечно, большая часть рабочего тока нагрузки протекает по PEN-проводнику, но ток в земле существует всегда.

Похожий механизм появления блуждающих токов при нарушении изоляции кабельных или воздушных линий. При однофазном замыкании на землю или при нарушении изоляции одной из фаз земля в точке повреждения приобретает ее потенциал или его часть. Ток от места повреждения течет к ближайшему к нему заземляющему устройству, имеющему потенциал нулевого проводника.

Но процесс этот недолгий: повреждение отыскивают и устраняют. При замыканиях в сетях с изолированной нейтралью правилами отводится на это не более 2 часов, а большую часть повреждений локализует и отключает автоматика. Но, если ток замыкания небольшой и аварийным не является, то длиться он будет долго.

Но основным источником блуждающих токов является электрифицированный транспорт: трамваи, электрички. Питание троллейбусов производится по двум проводам с персональными токосъемниками, поэтому их сети питания не создают сильных блуждающих токов. Для питания же остальных видов транспорта один из проводников подключают к рельсам, проложенным по земле. Второй проводник натянут над рельсами, с него осуществляется токосъем с помощью пантографов движущегося транспорта.

Источниками питания для этих сетей являются тяговые подстанции, расположенные равномерно на маршруте следования транспорта. Но рельсы не обязательно идут по прямой линии: на трассе возможны повороты или искривления. Ток же следует по пути наименьшего сопротивления, и, если предоставляется возможность срезать угол, движется не по рельсам, а по земле. Затем он может вернуться назад, затем снова уйти в землю. Конечно, так проходит не весть ток нагрузки, а только часть его. Блуждающий ток может проходить и между тяговыми подстанциями, точнее – точками подключения кабелей от них к путям.

Действие блуждающих токов

На пути следования блуждающих токов могут оказаться металлические объекты:

• трубопроводы (газового, водяного, парового снабжения, канализации);
• кабельные линии с металлической броней или оболочкой;
• металлоконструкции фундаментов сооружений и зданий.

Поскольку металл имеет меньшее сопротивление, чем грунт, ток проходит по нему. Место входа постоянного тока в металлоконструкцию, встретившуюся ему на пути, называется катодной зоной, а место выхода из нее – анодной.

В земле всегда есть вода, а в воде растворены соли и минералы. За счет этого она и является проводником электрического тока. Поэтому в анодной зоне происходит явление электролиза, в результате которого металлоконструкции коррозируют. В меньшей степени коррозия наблюдается в катодной зоне. На переменном токе различий между анодными и катодными зонами нет, но и блуждающие токи в таких электроустановках слабее.

Коррозируют и сами источники в местах выхода (или входа) из них блуждающих токов.

Результат – разрушение не только металлоконструкций рельсовых путей, контуров заземления, но и проходящих рядом исправных кабельных линий и трубопроводов. А в итоге – необходимость ремонта кабелей, замены труб, что приводит к финансовым затратам.

Защита от блуждающих токов

Чтобы предотвратить разрушения, вызываемые блуждающими токами, оборудование от них ограждают при помощи катодной защиты. Принцип ее работы основан на исключении образования анодных зон на защищаемом объекте, оставив только катодные. Для этого используют дополнительный источник постоянного тока, отрицательный полюс которого подключают к защищаемому объекту (рельсам), а положительный – к дополнительным электродам (протекторным анодам), расположенным вдоль защищаемого объекта. Источником тока является станция катодной защиты.

В результате действия катодной защиты разрушение переносится с полезных металлоконструкций на вспомогательные аноды, называемые еще «жертвенными». Дополнительно на металлоконструкции защищаемого объекта наносят защитные покрытия, препятствующие коррозии.

Но у катодной защиты есть недостатки:

• перезащита – при превышении защитного потенциала происходит коррозия защищаемого объекта;
• при неправильно рассчитанной защите возможна ускоренная коррозия расположенных рядом трубопроводов и кабелей.

Дополнительными мерами защиты от блуждающих токов являются:

• использование кабельных линий из сшитого полиэтилена, покрытых непроводящей защитной оболочкой;
• применение трубопроводов, состоящих из непроводящих материалов или покрытых им;
• использование системы заземления TN-S, в которой нулевой рабочий проводник изолирован от земли на приемной стороне. Так исключается цепь образования блуждающих токов за счет разности потенциалов на контурах заземления объектов за счет протекания нулевого рабочего тока.